Enerstena, constructeur de chaufferies et centrales biomasse à haut rendement

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Article paru dans le Bioénergie International n°52 de novembre-décembre 2017

En Lituanie, la transition vers la bioénergie remonte à 2007, quand le pays s’était engagé au niveau européen à atteindre 23 % d’énergies renouvelables dans sa consommation totale d’énergie dans le cadre du Paquet sur le climat et l’énergie à l’horizon 2020. Pour atteindre ses objectifs, la Lituanie s’était fixé comme objectifs d’augmenter la part des énergies renouvelables :

• à plus de 20 % dans son mix électrique,
• à plus de 60 % dans ses réseaux de chaleur collectifs,
• à plus de 80 % dans le secteur du chauffage domestique,
• à plus de 10 % dans le secteur des transports.

Selon les données statistiques du ministère de l’énergie lituanien, la Lituanie a atteint ses objectifs depuis 2013. Le facteur déterminant dans cette progression rapide fut la transition du vecteur gaz naturel vers la biomasse pour la composante réseaux de chaleur. La biomasse représentait en effet 64 % du mix thermique en 2016, et approche les 70 % aujourd’hui. Il est important aussi de signaler que les réseaux de chaleur livrent de 65 à 70 % de la population. Selon les chiffres de 2015, les énergies renouvelables couvraient déjà 25,86 % de sa consommation totale d’énergie, et c’est encore davantage aujourd’hui. Donc non seulement la Lituanie a atteint ses objectifs, mais par la même occasion est devenue un pays en mesure de partager son expérience et ses stratégies avec les autres pays.

La contribution du groupe Enerstena

Aujourd’hui, le constructeur lituanien de chaudières industrielles à biomasse ENERSTENA couvre plus de 30 % de parts de marché des chaufferies biomasse dans son pays. Il a développé des technologies fiables de combustion et de récupération de la chaleur, fabriquées à 100 % dans le pays, ce qui est générateur d’emploi. Mais le plus important est que cette transition vers la biomasse a permis de rendre le marché de l’énergie très stable en réduisant sa dépendance aux importations de gaz naturel.

Parmi les dernières réalisations du groupe ENERSTENA, citons en 2016 la livraison de la centrale de cogénération à biomasse Foksita d’une puissance de 4,99 MWé pour un fournisseur d’énergie indépendant. C’est la ville de Kaunas, deuxième ville du pays de par sa population (300 000 habitants) qui a été retenue pour la localisation de ce projet. Les objectifs recherchés étaient de fournir de la chaleur et de l’électricité bon marché, de fournir de la vapeur à un site industriel de production de fil d’acétate, Dirbtinis Pluoštas, de substituer une partie des énergies fossiles et de réduire les émissions de CO2. Le projet satisfait à l’ensemble des directives européennes et lituaniennes en matière de production d’énergie propre et durable.

Le projet consistait à intégrer dans un bâtiment existant une centrale de cogénération biomasse de 4,99 MWé, avec un rendement supérieur ou égal à 85 %. L’électricité devait être injectée au réseau LITGRID, et il fallait fournir de la vapeur en continu avec un débit de 8-10 t/h à 6 bar au site industriel, et de la chaleur au réseau de chaleur Kauno Energija.

ENERSTENA a proposé un système composé de :

• trois surchauffeurs vapeur de 10 MW chacun, alimentés chacun par une chaudière à gazéification,
• d’un turbo-alternateur Siemens de 4,99 MWé,
• d’un condenseur de 6 MW pour une récupération d’énergie dans les fumées
• d’un filtre pour les condensats afin de respecter les critères pour les eaux usées
• d’un silo couvert avec grappin automatisé.

Des convoyeurs indépendants et interconnectables ont été choisis pour chaque chaudière afin de garantir un approvisionnement en combustible sans interruption. De la même façon, une panne ou une opération de maintenance sur une ou deux chaudières n’entraîne pas d’interruption de la production de vapeur pour le site industriel.

Une maîtrise technologique complète

Les chaudières vapeur ENERSTENA sont une combinaison d’une chaudière vapeur à tubes de fumées et d’une chaudière à tubes d’eau, associées à un économiseur et à un surchauffeur double-étage conforme aux normes EN 12952 et EN 12953. Le cahier des charges imposait de la vapeur surchauffée à 450°C et 36 bar avec un débit vapeur pour chaque chaudière de 12 t/h. Cette composition permet de garantir un fonctionnement efficace et fiable, ainsi qu’une montée en charge rapide.

Les chaudières ENERSTENA CALIDUM EMBER sont de type gazéificateur avec grille mobile. Pour se prémunir des effets liés aux hautes températures, les grilles ont une teneur élevée en chrome (≥25 %). Le mouvement de la grille est piloté automatiquement en fonction de la charge de la chaudière. La grille est divisée en zones distinctes d’arrivée d’air primaire ce qui permet le contrôle des étapes de séchage, gazéification et combustion du carbone résiduel, tout en optimisant la combustion du combustible, ce qui permet d’atteindre moins de 1 % de résidus de carbone dans les cendres. De l’air secondaire et tertiaire est amené au foyer par des canaux montés sur les parois latérales où l’air est préchauffé. La quantité d’air est régulée par le variateur de fréquence qui pilote l’extracteur en fonction des paramètres de puissance et d’excès d’air. De par la conception du foyer et des apports d’air secondaire et tertiaire, là où c’est nécessaire le taux de CO est très bas dans les fumées, quasiment 0 mg/Nm³ dans l‘exemple Foksita. De plus la combustion étagée garantit de moindres émissions de NOx, aux alentours de 200-250 mg/Nm³.

Lors de la phase de test, les chaudières bardées de capteurs et d’outils de suivi ont montré un excellent comportement de la combustion. Les chaudières peuvent fonctionner même avec de faibles valeur d’excès d’air (3,5 à 4 % d’O2) sans incidence majeure sur le taux de CO. La mesure constante du taux d’O2 permet de fonctionner à des régimes avec très peu d’excès d’air sans risque de dépassement des normes d’émissions.

Dans cette centrale de cogénération, ENERSTENA a aussi installé un condenseur de 6 MW. Le retour du réseau de chaleur passe d’abord par le condenseur, puis est réchauffé dans un échangeur eau/eau avant de recirculer vers le réseau de chaleur. Les fumées sont ainsi refroidies à des températures comprises entre 45 et 55 °C, ce qui fait condenser la vapeur d’eau contenue dans les fumées et permet de récupérer une grande partie de cette énergie en réchauffant les retours du réseau de chaleur.

Grâce au condenseur, le rendement de cette cogénération dépasse les 100 % sur PCI. Les condenseurs sont devenus la norme pour les chaudières à biomasse en Lituanie car ils permettent de récupérer de 20 à 30 % de chaleur supplémentaire de la puissance nominale de la chaudière. Bien entendu cette technologie ne s’applique que dans le cas de combustibles humides et pour des températures de retour du réseau de chaleur inférieures au point de rosée des fumées.

Pour le traitement des fumées, ENERSTENA a choisi la technologie des filtres électrostatiques, un pour chacune des chaudières, ce qui garantit des taux de particules inférieurs à 10 mg/Nm³ c’est-à-dire trois fois en dessous de la limite autorisée.

L’électricité est revendue sur le réseau avec une prime à l’énergie verte. La chaleur en excès est vendue au réseau de chaleur de la ville de Kaunas. Cette centrale produit 250 GWh d’énergie par an, dont 170 GWh de chaleur pour le réseau de chaleur, 40 GWh de vapeur processus pour l’industriel et 40 GWh d’électricité.

L’ensemble des équipements, sauf l’alternateur et le système de traitement des condensats, ont été fabriqués par ENERSTENA : les foyers, les échangeurs vapeur, le condenseur de la turbine, le dégazeur, le système d’approvisionnement en combustible, le système d’évacuation des cendres, le filtre électrostatique, le condenseur de fumées et la cheminée.

Le groupe ENERSTENA dispose en interne d’un bureau d’études, d’unités de fabrication, d’un département de gestion de projet, de sociétés filiales pour les automatismes et la maintenance. Tout cela lui a permis de boucler ce projet en treize mois de la signature du contrat à la phase opérationnelle. Une vidéo de présentation est disponible à l’adresse www.enerstena.lt/en/video

Contact en France : Liutauras Vasiliauskas +370 656 61407 – france@enerstena.eu – www.enerstena.eu

Le groupe ERNERSTENA offre à ses clients des solutions d’énergie par la biomasse. Le groupe a déjà réalisé plus de 180 projets en Lituanie, Lettonie, Finlande, France, Danemark, Estonie, Biélorussie et l’Ukraine. Ses clients sont des réseaux de chaleur, des centrales électriques et des sociétés industrielles. Le groupe conçoit et fabrique des foyers, des chaudières à eau chaude et des chaudières à vapeur, des économiseurs à condensation et d’autres équipements pour main et fournit également des services de maintenance.